تعیین ظرفیت خمشی تیرهای بتن آرمه تقویت شده با cfrp با بهبود مکانیسم های debonding

چکیده: یکی از رویکردهای اصلی در چند دهه اخیر تقویت المان¬های سازه¬ای (مخصوصاً سازه¬های بتن آرمه) به علت¬های مختلفی همچون خطاهای محاسباتی، اشتباه در ساخت و اجراء، ضعف آیین نامه¬های قدیمی و یا تغییر کاربری سازه و بارهای بهره¬برداری وارده می¬باشد که از این میان کامپوزیت¬های مسلح به الیاف (frp) ها با ویژگیهایی چون مقاومت کششی بالا، وزن کم، سرعت و سهولت در ساخت و اجراء و در نتیجه هزینه¬های پایین بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان¬ نامه نیز رفتار و ظرفیت خمشی تیرهای بتن آرمه تقویت شده با صفحات پلیمری مسلح به الیاف کربنی (cfrp) مورد مطالعه قرار می¬گیرد. مطالعات و پژوهش¬های صورت گرفته در این زمینه موید این واقعیت است که اکثر تیرهای تقویت شده با این مصالح با جداشدگی ناگهانی frp از زیر لایه بتنی (پدیده debonding) و یا گسیختگی¬های مهاری دچار شکست شده¬اند. بنابراین در این تحقیق توجه اصلی به حل این معضلات و یا حدالامکان به تأخیر افتادن آنها می¬باشد تا شکل پذیری کافی در نتیجه عملکرد کامل کامپوزیت و بهره¬گیری از ظرفیت نهایی frp میسر گردد. در همین راستا از دو تکنیک مهاری جدید که تا کنون مورد استفاده قرار نگرفته¬اند، استفاده می¬شود. تکنیک اول شامل اتصال میلگرد nsm عرضی با جوش به آرماتورهای کششی طولی است که انتهای frp نیز به دور آن پیچیده شده است، این کار جهت جلوگیری از pull out شدن سیستم مهاری صورت می¬پذیرد. در روش دوم از دو پلیت در نزدیکی تکیه¬گاههای تیر استفاده می¬شود. این پلیتها از طریق نبشی به آرماتورهای کششی طولی با جوش متصل می شوند. لایه frp در دو انتها در روی این پلیت قرار گرفته و با پلیت دیگری که بر روی صفحه frp قرار می-گیرد در موقعیت خود فیکس می¬شود. در این پژوهش ده نمونه تیر بتن آرمه با ابعادmm 150عرض، mm 200 ارتفاع و mm 2000 طول در دو رده 21 و 35 مگا پاسکالی ساخته می¬شوند. مقاطع تیرها با دو نسبت متفاوت ?max 3/0 و ?max2/0 برای تیرهای 21 و 35 مگاپاسکالی و با آرماتورهای مسلح کننده¬های داخلی یکسان در نظر گرفته می¬شود. از تیرهای هر گروه یک تیر به عنوان تیر کنترل و بقیه تیرها نیز با دو تکنیک اشاره شده مقاوم سازی می¬شوند. تعداد، عرض و ضخامت لایه¬های frp در همه نمونه¬های تقویت شده یکی بوده و فقط نوع مهارها و نیز طول لایه¬ها با رعایت محل قطع لایه¬ها مطابق با آیین¬نامه¬های aci و بهسازی ایران متفاوت می¬باشد. از نتایج این پژوهش چنین برداشت می¬شود که استفاده از هر دو نوع مهار پیشنهادی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده را به طور قابل ملاحضه¬ای افزایش داده است. همچنین روش مهار پلیتی چه از نظر اجراء و چه از نظر عملکرد نه تنها از روش nsm عرضی بهتر است بلکه از تمامی روش های مورد استفاده در منابع مختلف ارجحیت دارد. افزایش مقاومت 43/95% برای روش پلیتی و 73/66% برای روش nsm عرضی در تیرهای گروه 21 مگا پاسکالی و همچنین افزایش مقاومت 90/72% و 86/46% برای دو روش مهاری به ترتیب بالا در نمونه های گروه 35 مگا پاسکالی نشانگر همین واقعیت است. بعلاوه نتایج بهتری در مواردی که انتهای هر دو لایه طولی در پلیت فولادی مهار شده، نسبت به حالتی که یک انتها در پلیت مهار شده باشد، به دست آمده است. افزایش مقاومت 43/95% به 02/88% برای تیرهای گروه 21 مگاپاسکالی و 9/72% به 83/30% برای تیرهای گروه 35 مگاپاسکالی گزارش شده است. مقایسه نتایج دو سری فوق در این تحقیق نشان می¬دهد که در دو مورد مشابه تقویت با مهار متفاوت و در شرایط یکسان، عملکرد مهار پلیتی بهتر بوده است.